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<H1>www.aud24.net : SPS-Projektierung via Internet mit JAVA-basiertem Engineering-Tool</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>05.03.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Siemens AG Industrial Solutions and Services:</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>SPS-Projektierung via Internet mit JAVA-basiertem Engineering-Tool</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Die Siemens AG Bereich Industrial Solutions & Services, Erlangen, im Interview</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Mit Hilfe des Software-Engineering-Tools XMAT von Siemens ist es möglich, Automatisierungslösungen grafisch zu planen, sie miteinander zu vernetzen und zu einer durchgängigen Lösung zusammenzufügen. Das Werkzeug unterstützt den Anwender zudem durch automatische Erstellung der Anwendersoftware und der Schnittstellen zwischen den einzelnen Komponenten der Automatisierungslösungen. Über die Vorteile, die XMAT seinen Anwendern bietet und Features der Version V 2.2 sprach A&D NEWSLETTER mit Hermann Endres und Roland Hensel.<BR><BR>A&D: In welchem Umfeld und mit welcher Zielsetzung ist XMAT entwickelt worden?<BR> <BR>Hensel: Wir gehen davon aus, dass weltweit über 90 Prozent aller Fabriken und Anlagen der Prozess- und Fertigungsindustrie heute die Basis bilden, auf der die ‚Fabrik der Zukunft‘ entstehen wird. Diese Fabrik wird durch einen hohen IT-Anteil geprägt werden. . Nur so können Unternehmen flexibel auf Kundenwünsche reagieren, Sicherheit, Qualität und Prozesse verbessern sowie den Roh- und Werkstoffeinsatz minimieren - also kostengünstig und wettbewerbsfähig produzieren. Als strategische Antwort auf diese Entwicklung wurde 1999 das Geschäftsgebiet Information Technologie Plant Solutions‘ (IT PS) gegründet. Unsere innovativen IT-Lösungen verknüpfen bisherige Hard- und Softwareinseln und nur in sich optimierte Automatisierungssysteme. Ziel ist die intelligente Anlage - unabhängig davon, ob darin Produkte, Systeme und Technik von Siemens oder anderen Anbietern im Einsatz sind. Wir bieten unsere Lösungen auch in Multivendor-Umgebung an. IT-Kompetenz wird künftig neben der Prozess- und Technologiebeherrschung zum ausschlaggebenden Erfolgsfaktor. <BR><BR>A&D: Worin liegt Ihrer Ansicht nach das Potenzial der integrierten IT-Lösungen?<BR> <BR>Hensel: Zwischen der Control- und der ERP-Ebene existiert noch eine Lücke, die einen durchgängigen Informationsaustausch aber auch die Planung und Projektierung erschwert. Der Kunde muss immer wieder Insellösungen entwickeln, die dann integriert bzw. erweitert werden müssen. In der Behebung dieses Missstands liegt noch sehr viel Rationalisierungspotenzial. Man kann davon ausgehen, dass auf der Steuerungsebene seit der Verdrängung von Relais und Schütz das Optimum weitgehend erreicht ist: Der Steuerungsmechanismus könnte zwar noch beschleunigt werden, der zu steuernde Prozess kommt aber in der Regel bereits jetzt an seine Grenzen. Auch die ERP-Ebene hat sich seit vielen Jahren etabliert.<BR>Dagegen wird erst seit etwa fünf Jahren intensiv über die Datendurchgängigkeit in der Planning & Execution Ebene nachgedacht. Das Stichwort heißt vertikale und horizontale Integration. Es kann nicht sein, dass Produktionsvorbereitungs- und Planungstools Daten generieren, dann als Papierausdruck von Listen oder Tagesplänen geändert und in andere Tools wieder eingegeben werden müssen. Auch die Qualitätssicherung oder das Dokumentenmanagement verlangen nach einer durchgängigen Lösung. <BR><BR>Endres: Unser Anspruch ist, durchgängige Lösungen zu schaffen, die auf Standards wie XML basieren. Dabei darf nicht außer acht gelassen werden, dass eine Industrieanlage eine längere Lebensdauer und andere Umgebungsbedingungen hat als ein normaler PC. Die Anlage muss rund um die Uhr laufen - und dies auch noch, wenn ein einfacher Druckertreiber ernste Probleme bereitet oder das verwendete Betriebssystem nicht mehr vom Hersteller unterstützt wird. Der Anlagenbetreiber will aber funktionierende IT-Systeme in der Regel nicht umstellen, wenn er z.B. mehr oder andere Daten aus der Controlebene benötigt als sie mit dem alten System zur Verfügung standen. Am sichersten unterstützt ihn hier ein neues, offenes System, das nahtlos und schnell umgestellt werden kann. Aus diesen Gedanken heraus ist XMAT entstanden. Aus Erfahrungen wissen wir, dass Einsparungen bis zu 40 Prozent durchaus machbar sind. Durch eine durchgängige Informationsverknüpfung vereinfachen sich die Erfassungsaufwendungen teilweise bis zu 75 Prozent und mit einem elektronischen Informationsmanagement lassen sich die Fehler minimieren. Hier waren immerhin noch Einsparungen um 15 Prozent möglich. Unsere Erfahrungen zeigen, dass auch die Prozessschritte innerhalb des Anlagenlebenszyklus durch einen einheitlichen Datenaustausch optimiert werden können. So sind bis zu 30 Prozent der Projektierungsdaten für den Müllkorb, weil sie an den verschiedenen Schnittstellen des Engineering-Prozesses nicht weitergegeben werden oder durch Reviews neu erfasst werden müssen.<BR><BR>A&D: Wo sehen Sie die größten Probleme bei der Realisierung durchgängiger Automatisierungslösungen?<BR> <BR>Endres: Die Kommunikation zwischen den SPSen verschiedener Hersteller stellt ein zentrales Problem dar. Wir bieten mit XMAT eine Peer-to-Peer-Funktionalität an, die allerdings nur zwischen den SPSen des gleichen Systems möglich ist. Hier fehlt ein abgestimmtes inhaltliches Protokoll (Document Type Definitions). Aus einer Verbindung zwischen Funktionsbausteinen, die in unterschiedliche SPSen abgebildet werden, wird eine Kommunikation mit der zugehörigen Telegrammverwaltung zwischen den SPSen generiert.<BR>Weiterhin sind für die Durchgängigkeit auch Systeme für die Simulation, für die Projektierung von R&I/P&ID-Schemata, der Datenübergang an ERP-Systeme usw. erforderlich. Auch wenn letztere Daten erst zur Laufzeit der Anlage anfallen, müssen sie doch während der Projektierung vorbereitet werden. <BR><BR>A&D: Wo setzt XMAT in diesem Zusammenhang an?<BR><BR>Endres: XMAT ist ein Java-basiertes Engineering-Werkzeug für die Planung und Projektierung von Anlagen mit graphischer Programmierung, so dass eine AWL-Programmierung vollständig entfallen kann. Mit XMAT hat der Anwender die Möglichkeit, die Funktionalität seiner Anlage grafisch zu projektieren und die Software für das gewählte Zielsystem automatisch generieren zu lassen. Eine Programmierung in einer Programmiersprache ist nicht mehr erforderlich. Im ersten Schritt kann der Anwender das Projekt in seiner logischen Funktion entwerfen und muss sich erst später im Prozess auf ein spezifisches Automatisierungssystem festlegen. Diese Entscheidung ist erst dann notwendig, wenn anwenderspezifische Bausteine eingesetzt werden, die für ein spezielles Zielsystem geschrieben wurden. Ersatzweise könnten für diese Bausteine auch ‚Platzhalterbausteine‘ eingesetzt werden und erst vor der Codegenerierung diese durch die Bausteine des Zielsystems ersetzt werden. Es wird zunächst eine grobe funktionale Struktur der Anlage entworfen, wobei vielleicht auch räumliche Überlegungen einfließen. Diese können dazu führen, dass bestimmte Funktionen einer ‚allgemeinen SPS‘ zugeordnet werden. Es muss dabei nicht festgelegt sein, welcher Typ es ist. Erst im späteren Verlauf der Softwareprojektierung muss dann definiert werden, welche Module auf welcher SPS laufen und wie die SPSen untereinander kommunizieren, darum kümmert sich allerdings XMAT. Der Projekteur kann sich somit auf die Funktionalität selbst konzentrieren und die eigentliche Verteilung auf die SPSen und den Typ der SPS sehr spät festlegen bzw. jederzeit verändern.<BR>Die Software verfügt zudem über Automatismen, mit deren Hilfe beim Import von Daten eines anderen Projektierungswerkzeuges (z.B. Sigraph) eine große Menge von Plänen automatisch generiert werden können. Dies wurde bereits erprobt. Eine XML-Schnittstelle zwischen XMAT und Sigraph ist implementiert und wurde bereits im Kundenauftrag spezifisch adaptiert. Sie ermöglicht einfachen Datenaustausch. Eine mehrfache Dateneingabe ist daher nicht erforderlich, damit ist eine häufige Fehlerquelle (z.B. Tippfehler) ausgeschlossen und Kostenersparnis für den Kunden realisiert. <BR><BR>A&D: Wie kann der Anwender seiner Dokumentationspflicht nachkommen?<BR><BR>Endres: Durch die grafische Programmierung liegt die Dokumentation quasi ohne weiteren Aufwand vor. XMAT verfügt aber über weitere Funktionen für die Dokumentation: Für die Pläne, die mit XMAT gezeichnet werden können, gibt es z.B. einen speziellen Layout-Editor, mit dem der Rahmen branchen- oder kundenspezifisch vordefiniert werden kann. Für eine Online-Dokumentation der Anlage können PDF-Files ohne separaten Acrobat-Writer erzeugt werden, die das gleiche Navigationsverhalten aufweisen wie die Ansichten in der XMAT-Projektierung: Signalfahnen können angeklickt werden und führen zum nächsten Plan; Makros werden bei Anklicken geöffnet; der Anwender kann sich durch die Plan-Hierarchien bewegen.<BR>Auf diese Art und Weise kann der Projekteur nicht nur einfach und schnell der Dokumentationspflicht nachkommen, sondern er kann auch überprüfen, welcher Softwarestand auf der Anlage läuft. Der Revisionsmodus ermöglicht ihm zudem, zwei unterschiedliche Anlagenstände grafisch miteinander zu vergleichen. Die Hierarchie wird in Form eines Projektbaums dargestellt. Abweichungen - also Änderungen - werden mit einem Symbol gekennzeichnet. Im Plan selbst werden die geänderten Bereiche farblich gekennzeichnet. Dies kann vom Projekteur auch dazu verwendet werden, zu überprüfen, ob an der abgenommenen Anlage etwas im Nachhinein verändert wurde.<BR><BR>A&D: In wieweit ist XMAT herstellerneutral?<BR><BR>XMAT unterstützt gegenwärtig die Automatisierungssysteme von Siemens und Allen Bradley. Die Unterstützung wird auf weitere SPS-Systeme ausgedehnt werden. In Frage kommen alle, die die IEC 61131-3 unterstützen. Auf dem Gebiet der Bedien- und Beobachtungssysteme unterstützen wir bereits jetzt Systeme von verschiedenen Herstellern wie ‚WinCC‘ (Siemens A&D) und ‚WebCC‘ (Siemens I&S), ‚InTouch‘ (Wonderware), ‚Fix Dynamics‘ (Intellution) und ‚Wizcon‘ (emation) durch die Bereitstellung von Konfigurationsdateien, die Alarme, Meldungen und die Kommunikation zwischen B&B-System und der SPS bereits definieren und durch das B&B-System eingelesen werden können. <BR>Die Notwendigkeit für ein Multivendor-System für die Projektierung ergibt sich aus der Anforderung unserer Kunden, welche einerseits unterschiedliche SPS- und B&B-Typen in einer Anlage einsetzen wollen oder bereits einsetzen, andererseits aber eine einheitliche Projektierung der verschiedenen Zielsysteme mit einem Werkzeug (für die SPSen) und eine maximale Unterstützung für die verschiedenen B&B-Systeme durch ein einheitliches Werkzeug fordern. <BR><BR>A&D: Sie bieten unter der Bezeichnung ASP einen Mietservice an. Welche Vorteile bietet diese Dienstleistung dem Anwender?<BR><BR>Endres: Die Anwender brauchen keine eigene Infrastruktur aufbauen (Server, Vernetzung, Archivierung, usw.), sondern müssen lediglich eine Möglichkeit schaffen, über Internet auf den durch Siemens angebotenen Netzdienst (Application Service Provider) ‚mosaic‘ zuzugreifen. Hier steht eine komplette Infrastruktur eines Rechenzentrums zur Verfügung. Der Benutzer braucht sich so um die Installation, Lizenzierung usw. keine weiteren Gedanken mehr machen, da dies zentral verwaltet wird. Er muss nicht mehr das erforderliche Equipment zur Inbetriebsetzung in die Anlage mitnehmen, sondern benötigt lediglich einen vor Ort zur Verfügung stehenden internetfähigen Rechner. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kosten für eine Lizenz nicht sofort anfallen, sondern die Abrechnung nach der Nutzungszeit des Werkzeuges XMAT erfolgt. Zudem kann derjenige, der diesen Service in Anspruch nimmt, immer die aktuelle Version ohne weitere Zusatzkosten nutzen. <BR><BR><BR>A&D: Inwieweit ist eine Simulation der Anlage möglich?<BR> <BR>Endres: Für die Simulation eines mit XMAT erstellten Projekts gibt es eine Simulationsumgebung. Damit können die Logik und die Abläufe getestet werden. Dabei spielt ein Java-Prozess die Rolle einer SPS. Hier ist natürlich nicht das exakte Laufzeitverhalten nachgebildet, allerdings ist die Logik und die Ablauffolge offline testbar. Eine komplette Anlagensimulation ermöglicht eine andere Softwareumgebung aus dem Hause: SIMIT. Derzeit wird eine XML-Schnittstelle realisiert, um einen Datenaustausch nicht nur zu diesem Werkzeug zu ermöglichen. Es sind auch Hersteller von Simulationstools daran interessiert, die Ergebnisse der Simulation (z.B. Hochregallager, Förderbänder, usw.) zu nutzen, um daraus möglichst einfach und konsistent eine SPS-Programmierung durchzuführen.<BR><BR>A&D: Warum haben Sie eine Java-basierte Architektur für XMAT gewählt?<BR><BR>Endres: Für eine Entscheidung zugunsten Java sprachen folgende Überlegungen:<BR><BR>· XMAT sollte auf verschiedenen Hardware- und Software-Plattformen laufen.<BR>· Es sollte eine objektorientierte Implementierungssprache verfügbar sein.<BR>· Die Kosten für eine Entwicklungsumgebung sollten möglichst gering sein, da für das Baustein-Toolkit und für die Simulationsumgebung im XMAT-System Code generiert wird, der zu übersetzen ist. Trotzdem hat der XMAT-Nutzer keine Berührung mit der Entwicklungsumgebung.<BR>· Es sollten für den Kunden keine weiteren Kosten für eine unterlagerte Entwicklungsumgebung oder ein Laufzeitsystem entstehen, da diese in die XMAT-Lizenz einzurechnen wären.<BR>· XMAT sollte internetfähig werden.<BR><BR>A&D: Was heißt Internet-Fähigkeit im Falle von XMAT?<BR><BR>Endres: XMAT ist als Java-Applet auf jedem Internet-Browser lauffähig. Die Daten werden von einem Server über Internet in den Hauptspeicher geladen, bearbeitet und wieder auf dem Server abgelegt. <BR>Da XMAT Signale aus der Anlage auslesen und direkt in dynamisierten Plänen verwenden kann, falls dies vom Zielsystem unterstützt wird, wie z.B. bei SIMATIC S7, ergeben sich weitere Vorteile: <BR>Sie haben die Möglichkeit, ihr Projekt in einer realistischen Testumgebung oder bei der Inbetriebsetzung auszutesten und zu optimieren. Falls in der laufenden Anlage oder bei der Inbetriebnahme ein Problem auftritt, kann dies auch durch ein Back-Office untersucht werden. Gerade bei der Inbetriebnahme kann dies eine erhebliche Entlastung für den Mann vor Ort darstellen, da dieser meist mehrere Probleme gleichzeitig zu lösen hat. Das Team im Back-Office - wo auch immer in der Welt dieses lokalisiert ist - kann sich fernab vom Anlagentrubel in Ruhe auf das Problem konzentrieren und ggf. die erforderlichen Spezialisten hinzuziehen. Hier ergeben sich deutliche Rationalisierungspotenziale. Dies gilt sowohl für weltweit agierende Unternehmen als auch für kleine und mittelständische Unternehmen.<BR>An die Grenzen stößt diese Möglichkeit bei hochdynamischen Regelungen, da sich Werte, die über das Internet übertragen werden, für eine Optimierung nicht eignen.<BR>Internetfähig heißt für unsere Kunden auch, dass sie keinen eigenen Server im Unternehmen in Betrieb nehmen müssen, sondern auf einen Server in unserem Hause zurückgreifen können. Dies habe ich bei dem ASP-Ansatz bereits erläutert.<BR><BR>A&D: Inwieweit unterstützt XMAT das Projektieren im Team?<BR> <BR>Endres: XMAT kann von mehreren Personen gleichzeitig genutzt werden. Es verfügt über eine eigene, interne Benutzerverwaltung. Dank der Internetfähigkeit kann das Team um den Globus verstreut sein. Natürlich müssen sich die einzelnen Projekteure nach wie vor eng abstimmen. Aber mit dieser Möglichkeit ist man in der Lage, bei zeitkritischen Projekten insbesondere in weltweit agierenden Unternehmen die Projektierungszeit erheblich zu reduzieren.<BR><BR>A&D: Können Teile eines Projekts wiederverwendet werden?<BR><BR>Endres: Eine Wiederverwendbarkeit bzw. Einbindung bestehender Teilprojekte ist in zweifacher Hinsicht möglich: Einerseits besteht die Möglichkeit Makros zu bilden, d.h. Teilschaltungen in SFC oder CFC können in einem Makro zusammengefasst, in einer anwenderspezifischen Bibliothek hinterlegt sowie sofort wiederverwendet werden. Das Makro wird dabei in das gesamte Projekt integriert und aufgelöst. Wenn es später darum geht, ein Projekt online mit Signalen aus der Anlage oder offline mit einem Testpult zu testen, können alle Signale im Projekt verfolgt werden. <BR>Andererseits können anwenderspezifische Bausteine, die z.B. in AWL ausprogrammiert sind, mit einem Toolkit in XMAT integriert werden.<BR>Vereinfacht gesprochen wird dabei für den Baustein eine Hülle definiert - also die Ein- und Ausgänge und deren Parametertyp. Für diesen Baustein kann der Projekteur dann z.B. den AWL-Code hinterlegen und ihn damit dem System bekannt machen. Das ist eine grafische Softwarekapselung. <BR>Dies ermöglicht es Kunden mit Altanlagen, die sich eine Bibliothek von Bausteinen bzw. Funktionalitäten aufgebaut haben, sehr einfach von ihrer herkömmlichen Programmierung zu XMAT und damit zur grafischen Projektierung zu wechseln. Die Einbindung eines Bausteins erfordert nach der Einarbeitungszeit nur wenige Minuten. <BR><BR>A&D: Welche Datenimport-, -Exportmöglichkeiten bestehen?<BR>Hensel: Prinzipiell ist ein Datenimport und -export über XML und ASCII möglich. Zudem bietet XMAT Automatismen beim Datenimport: Daten, die in Sigraph erfasst worden sind, müssen nicht erneut eingegeben werden, sondern können von XMAT direkt eingelesen werden. Durch eine Übernahme von Daten aus Sigraph kann eine Vielzahl von Plänen automatisch generiert werden. Wenn Daten importiert werden, wird ein Teilprojekt automatisch einschließlich der Planhierarchie geöffnet. Das geht so weit, dass in der CFC-Ebene platzierte Bausteine mit Verquellungen und Ein- und Ausgängen zur Anlage automatisch generiert werden - und damit ist bereits ein Teil der Softwareerstellungsaufgabe erfüllt. Es ist zudem denkbar, in Sigraph erzeugte oder hinterlegte Hardware- und Software-Typicals über XML zu importieren und als Rahmen für die weitere Projektierung zu verwenden. <BR>Endres: Die von den Kunden gewünschte Vorzugsrichtung ist dabei eine Datenübergabe von Sigraph zu XMAT. Es gibt auch Kunden, die die Umkehrrichtung wollen, wir wollen jedoch erst die Anwendbarkeit erproben. Allerdings sollte normalerweise z.B. kein Softwareprojekteur ein Hardwaresignal ohne Absprache ändern, da dies in der Anlage erhebliche Auswirkungen haben kann.<BR>Sigraph besteht aus mehreren Modulen, die ein Kunde einzeln oder komplett verwenden kann. Je nachdem, wie der Kunde diese Software einsetzt, welches Objektmodell er verwendet, usw. werden kundenspezifische Anpassungen bei Sigraph erforderlich sein. Die Aufwände sind hier jedoch relativ gering.<BR><BR><BR>A&D: Mit welchen Erwartungen und Visionen blickt das Unternehmen in die Zukunft?<BR><BR>Hensel: Um hohe Kosten für Fertigproduktlagerung zu vermeiden, wird sich demnächst eine weitreichende On-Demand-Produktion etablieren. Die Fabrik der Zukunft wird die massenhafte Herstellung von individuell konfigurierten Produkten übernehmen. Vorreiter werden hierbei die Automobil- und die Bekleidungsindustrie sein. <BR>Kennzeichnend für diese neue Produktionsweise werden kurze Zykluszeiten und Produktlebenszyklen sein, die Produktionsablauf und Qualitätsmanagement verändern. Es sind schnelle Reaktionszeiten auf sich ändernde Kundenanforderungen, kürzeste Durchlaufzeiten, minimale Lagerhaltung, Sofortreaktion auf unerwartete Ereignisse im Produktionsablauf gefordert. Deshalb muss ein breites Funktionsspektrum zum operativen Management, weg vom Zentralismus, geschaffen werden. Kleine dezentrale, flexible Verantwortungseinheiten steuern Bestellwesen, Lagerhaltung und Kostencontrolling. Hierbei werden funktional zersplitterte Prozesse im Unternehmen beseitigt und ganzheitliche, prozessorientierte Verantwortungsbereiche festgelegt. Dies ist die Chance der Informationstechnologie in der Planning- und Execution-Ebene.</TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:54 Uhr aktualisiert</I></P>
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